瀝青路面養(yǎng)護(hù)可持續(xù)發(fā)展方法

楊術(shù)

（廣州市高速公路有限公司 廣東 廣州 510220）

0 引言

土木工程不僅需要解決各種技術(shù)問題，還涉及交通與供水等基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)?；A(chǔ)設(shè)施的質(zhì)量與城市居民的生活質(zhì)量息息相關(guān)，而交通問題則嚴(yán)重影響了交通基礎(chǔ)設(shè)施。近些年中國城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速，機(jī)動(dòng)車存量大幅增加，由此帶來的路面破損問題也大幅增加。

1 路面養(yǎng)護(hù)可持續(xù)發(fā)展方法概述

一方面，不斷修建的城市道路在關(guān)鍵位置處（公交站臺(tái)、紅綠燈前、長大下坡路段）極易發(fā)生損壞，需要考慮城市道路的耐久性問題。另一方面，城市道路的養(yǎng)護(hù)沒有跟上道路交通荷載的增幅，這導(dǎo)致城市道路往往在修建不久后迅速破壞。Jonson 在其關(guān)于瀝青路面養(yǎng)護(hù)的書中，討論了路面養(yǎng)護(hù)和預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的重要性，以及介紹了解決各種問題和狀況的方法。該文的重點(diǎn)是通過提前規(guī)劃道路的養(yǎng)護(hù)，使其處于相對(duì)良好的狀態(tài)，對(duì)城市道路基礎(chǔ)設(shè)施的可持續(xù)管理，特別是對(duì)瀝青路面的可持續(xù)管理提供一個(gè)解決思路?？沙掷m(xù)性指的是通過整合有限的可用資源（預(yù)算，時(shí)間，設(shè)備等） 將其用于養(yǎng)護(hù)，并獲得令人滿意的道路基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)量和在分析范圍內(nèi)最終用戶的服務(wù)水平（LOS）。Rajagopal 和George 探索了養(yǎng)護(hù)時(shí)間和水平對(duì)路面狀況的影響程度，并建立了機(jī)械—經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀靡灶A(yù)測路面破損狀況。Shahin 和Kohn 提出了Paver（路面維護(hù)管理系統(tǒng)），Paver 旨在對(duì)分配給路面養(yǎng)護(hù)和大修的資金進(jìn)行優(yōu)化，該系統(tǒng)將城市道路劃分為不同管理等級(jí)，對(duì)城市道路狀況進(jìn)行等級(jí)劃分和評(píng)估，合理確定養(yǎng)護(hù)需求和優(yōu)先級(jí)，同時(shí)他們也對(duì)實(shí)施Paver 的實(shí)際道路進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析。Abaza 等人的研究在集成式路面管理系統(tǒng)中建立Markovian 模型用于對(duì)路面養(yǎng)護(hù)改善后的性能預(yù)測。Fwa 等開發(fā)了一種基于遺傳算法的程序用以解決多目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)級(jí)路面養(yǎng)護(hù)編程問題。Cafiso 等提出一種通過多準(zhǔn)則分析對(duì)沖突中的替代方案進(jìn)行排名的框架，選擇層次分析法（AHP）進(jìn)行路面養(yǎng)護(hù)。

與傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)方式相比，新的可持續(xù)養(yǎng)護(hù)方法可以更有效地分配預(yù)算。另一項(xiàng)研究使用模糊層次分析法對(duì)需要維護(hù)和修復(fù)的路面部分進(jìn)行分級(jí)。Abu Dabous 等使用多準(zhǔn)則決策分析技術(shù)來對(duì)城市道路進(jìn)行維護(hù)并分級(jí)，其原理是通過工作結(jié)構(gòu)的分解來確定決策要素，再運(yùn)用層次分析法和多屬性效用理論對(duì)路面網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分級(jí)，但這一方法不包括城市道路養(yǎng)護(hù)費(fèi)用的決策。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)方法的制定

試驗(yàn)方法的制定如圖1 所示。通過確定研究問題來明確概念，包括確定研究領(lǐng)域及相關(guān)專家，專家分為三類：

（1） 公民代表（9 個(gè)市區(qū)代表）；

（2） 交通工程專家（2 名道路養(yǎng)護(hù)公司進(jìn)行養(yǎng)護(hù)決策的工程師，2 名現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)工程師，3 名分別來自土木工程、建筑工程和大地測量工程的專家以及3 名方法學(xué)專家）；

（3） 政府代表（負(fù)責(zé)養(yǎng)護(hù)的事業(yè)單位代表）。在3 個(gè)小組的研討中制定最終加權(quán)準(zhǔn)則。方法學(xué)專家的任務(wù)是向其他專家解釋如何比較這些標(biāo)準(zhǔn)。最后，通過AHP 方法確定標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重。

2.2 試驗(yàn)方法的具體執(zhí)行

首先，定義替代方案并制定目標(biāo)樹（目標(biāo)層次結(jié)構(gòu)GHS）。主要目標(biāo)是定義一種可持續(xù)的瀝青路面養(yǎng)護(hù)方法，它是層次結(jié)構(gòu)的頂部，再確定主要目標(biāo)與子目標(biāo)。第二步是確定研究區(qū)域內(nèi)參與對(duì)比的路段。在評(píng)估這些路段之后，可以創(chuàng)建一個(gè)包括所有已定義標(biāo)準(zhǔn)的決策矩陣。所選路段必須由所有專家協(xié)調(diào)決定，并且他們對(duì)標(biāo)準(zhǔn)特征的意見由標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重和所選的偏好函數(shù)表示。第三步將指定權(quán)重和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組合建立不同模式下的處理策略。包括4 種方案，每組專家一組。通過應(yīng)用PROMETHEE I 和II 方法，將4 種方案用于數(shù)據(jù)的分析和比較。在數(shù)據(jù)分析過程中，研究路段的排列順序并比較了每種方案的分析結(jié)果。最后一步，綜合前述決策和PROMETHEE V 方法得出最終方案。

3 討論

3.1 結(jié)果

城市化導(dǎo)致城市人口激增，伴隨著機(jī)動(dòng)車輛的大幅增長，這就導(dǎo)致在交通流量和生態(tài)影響的影響下，路面產(chǎn)生破損并伴隨著使用性能的下降。路面養(yǎng)護(hù)是一項(xiàng)應(yīng)定期進(jìn)行的工作，以確保道路的使用安全。因此，本研究的主要目標(biāo)是選擇最優(yōu)可持續(xù)發(fā)展道路養(yǎng)護(hù)法。本研究對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，確定了用于測試的道路。選擇50 條道路用以評(píng)估在成比例路段長度上是否存在任何類型的損壞，它們包括縣道、省道與國道。除了定義研究區(qū)域外，還確定了相應(yīng)的利益相關(guān)者群體，其分別是：公民代表，交通工程專家和政府代表。每組利益相關(guān)者參與GHS 的定義如圖2 所示。

圖2 目標(biāo)層次結(jié)構(gòu)

GHS 首先定義了主要目標(biāo)，即一種可持續(xù)的瀝青路面養(yǎng)護(hù)方法。根據(jù)所有利益相關(guān)者創(chuàng)建的“目標(biāo)清單”，目標(biāo)的第一級(jí)包括社會(huì)效益的最大化，技術(shù)特征的最大化以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的最小化。目標(biāo)的下一個(gè)級(jí)別是用于多標(biāo)準(zhǔn)分析最后一個(gè)級(jí)別。即社會(huì)效益的最大化分為3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)（C1-C3），技術(shù)特征的最大化分為4 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)（C4-C7），而經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的最小化則分為3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)（C8-C10）。共有10 條標(biāo)準(zhǔn)用以評(píng)估解決方案的替代標(biāo)準(zhǔn)（圖2）。

3.2 討論

創(chuàng)立了一個(gè)決策系統(tǒng)，選擇權(quán)值大的單位用以評(píng)價(jià)瀝青路面的養(yǎng)護(hù)工作重要性，所提出的概念表明可以適當(dāng)降低養(yǎng)護(hù)工作復(fù)雜性。該概念的應(yīng)用基于正確使用對(duì)應(yīng)方法與數(shù)據(jù)。通過將所有相關(guān)行業(yè)的專家包括在內(nèi)，可以證明這種基于多準(zhǔn)則分析方法的優(yōu)勢，同時(shí)綜合不同意見制定了針對(duì)特定問題的綜合解決方案，從而避免了方案可能的行業(yè)偏差，進(jìn)而提高了方案實(shí)施過程的質(zhì)量。本方法可以根據(jù)道路狀況的改善需求對(duì)道路基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行排名，并且可以套用在部分非道路公共基礎(chǔ)設(shè)施。

現(xiàn)有的決策模型沒有使用多準(zhǔn)則方法來根據(jù)定義的標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)估和分析每個(gè)備選方案，且并未考慮對(duì)不同領(lǐng)域的專家與利益相關(guān)者進(jìn)行劃分，這是本方法決策過程中的關(guān)鍵因素。雖然這些模型提出了一些養(yǎng)護(hù)方法，但是它們?cè)陴B(yǎng)護(hù)中的方法優(yōu)先級(jí)未進(jìn)行排列，也沒有一個(gè)概括性的方法排列順序。部分研究在決策過程中，僅粗略的考慮瀝青路面養(yǎng)護(hù)中的兩項(xiàng)活動(dòng)：第一項(xiàng)評(píng)估，破損對(duì)道路預(yù)期功能的影響。第二項(xiàng)評(píng)估，人工目視檢查確定路面狀況以及導(dǎo)致這種狀況的原因。這一方法僅基于道路狀況，沒有額外考慮其他因素對(duì)整體工程的顯著影響參數(shù)，如容量、穩(wěn)定性、安全性、功能和成本。

本方法在考慮社會(huì)、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的情況下，將PROMETHEE 方法用于優(yōu)先級(jí)排序和引入約束條件，并通過AHP 方法來確定標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重，這兩點(diǎn)是獲得最終方案的基礎(chǔ)。通過在DSC 中使用多準(zhǔn)則方法提高了瀝青路面施工年度養(yǎng)護(hù)計(jì)劃的可靠性和客觀性。鑒于養(yǎng)護(hù)預(yù)算是主要限制因素，在城市發(fā)展過程重應(yīng)注重全面可持續(xù)發(fā)展，因此引入了限制：定義了城市預(yù)算中用于維護(hù)瀝青路面的年度金額，以及關(guān)于研究區(qū)域的空間劃分的4 個(gè)空間功能約束。最終得到瀝青路面施工年度養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，這一計(jì)劃中研究區(qū)域包括11 條路段。

4 結(jié)語

本方法提出的概念是首創(chuàng)且易于使用，因?yàn)樗谝刖哂胁煌嫦嚓P(guān)者偏好的同時(shí)分析了大量不同的數(shù)據(jù)。同時(shí)對(duì)這一方法的不足進(jìn)行展望，其一用以評(píng)估瀝青路面的數(shù)據(jù)收集方法能否擴(kuò)展到其他城市建設(shè)設(shè)施上，例如建筑、排給水、電力工程等，針對(duì)這一展望猜想應(yīng)使用例如GIS地理信息系統(tǒng)以及公共基礎(chǔ)設(shè)施安全制圖系統(tǒng)來自動(dòng)化數(shù)據(jù)收集過程；其二為了評(píng)估瀝青路面的狀況，在專家人工評(píng)估與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合方面，是否能在加快處理速度的同時(shí)消除特定條件下專家評(píng)分的主觀性。由于本次設(shè)計(jì)方案的靈活性，因此無論是案例研究還是針對(duì)公路實(shí)體工程其都能適用，這一適用性通過在GHS 的最后一個(gè)級(jí)別（標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別） 進(jìn)行結(jié)構(gòu)更改來實(shí)現(xiàn)，這些更改包括添加新的或修改后的規(guī)則以使該方法適應(yīng)不同的任務(wù)。